□文/趙巧敏

全球視角下工業(yè)機(jī)器人競爭力解析

□文/趙巧敏

全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)半個世紀(jì)的發(fā)展，有力地支撐了美、日、德、英等國成為制造業(yè)強(qiáng)國?，F(xiàn)在，中國作為最大的工業(yè)機(jī)器人市場，發(fā)展的新機(jī)遇擺在了我們面前，要想完成從“制造大國”向“制造強(qiáng)國”的歷史性跨越，借鑒“四大家族”的成功經(jīng)驗(yàn)，就成為我們必須完成的功課。

從工業(yè)機(jī)器人銷售鏈條來看，目前整個工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)主要分為上游零部件、中游本體和中下游系統(tǒng)集成三部分。機(jī)器人零部件主要包括伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、減速機(jī)等。

世界工業(yè)機(jī)器人萌芽于 20 世紀(jì) 40-50年代,美國橡樹嶺等國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了機(jī)器人方面的初步探索。此時，機(jī)構(gòu)理論和伺服理論逐步發(fā)展。1954年，第一臺可編程機(jī)器人誕生，初步具備了機(jī)器人雛形。

20世紀(jì)60-70年代，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入發(fā)展的初級階段。1960年，美國AMF公司生產(chǎn)了圓柱坐標(biāo)機(jī)器人Versatran，這是世界上第一種用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。同時，日本、德國面臨勞動力短缺，他們開始投入巨資研發(fā)機(jī)器人，機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展。此后，日本一舉超越機(jī)器人起源地美國，成為世界機(jī)器人第一強(qiáng)國。

20世紀(jì)80-90年代是機(jī)器人迅速發(fā)展的階段。計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，讓機(jī)器人開始具備了初步的感知、反饋能力。工業(yè)機(jī)器人首先在汽車制造業(yè)流水線生產(chǎn)中被大規(guī)模應(yīng)用。隨后，日、美、德等制造業(yè)強(qiáng)國開始在其他工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中也大量采用機(jī)器人作業(yè)。

21世紀(jì)初期，機(jī)器人步入了智能化的新階段。隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、工業(yè)自動化水平提升，世界各國開始出現(xiàn)機(jī)器換人的熱潮。在技術(shù)指標(biāo)方面，工業(yè)機(jī)器人的自由度發(fā)展到3-6個，定位精度達(dá)到1mm。此時，邏輯思維等人工智能發(fā)展得愈發(fā)快速，服務(wù)機(jī)器人開始走向家庭。

近幾年，六軸機(jī)器人逐漸普及，制造業(yè)開始強(qiáng)調(diào)人機(jī)融合。技術(shù)指標(biāo)上，工業(yè)機(jī)器人的自由度可達(dá)6個以上，最高甚至可以達(dá)到15個，定位精度已達(dá)到0.01mm，作業(yè)范圍擴(kuò)大至2500mm，最大工作速度達(dá)到6m/s，最大承載能力高達(dá)1.5噸。

世界工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)競爭格局

根據(jù) IFR統(tǒng)計(World Robotics 2014 Industrial Robots)，2013年全球范圍內(nèi)工業(yè)機(jī)器人銷售量達(dá)到17.9萬臺，全年較2012年增長12%，而2014年這個數(shù)字達(dá)到了20萬臺，較2013年增長11.7%，而在2015年預(yù)期會有持續(xù)的增長。在2012年工業(yè)機(jī)器人的市場份額中，中國占其中的20%。而2013年，中國、日本、德國、美國等幾個國家占據(jù)了市場份額的70%。根據(jù)IFR2014年的統(tǒng)計報告（World Robotics 2014）中的預(yù)測，2015年到2017年，世界工業(yè)機(jī)器人銷量的年均增長率將達(dá)到12%。其中美國和歐洲為6%，而亞洲市場將高達(dá)16%，預(yù)計到2017年將有200萬臺機(jī)器人在全球的工廠中服役。

圖1 2003-2014年世界工業(yè)機(jī)器人銷量變化

圖2 2012-2017年全球工業(yè)機(jī)器人各區(qū)域銷量變化

數(shù)據(jù)顯示，2012年全球機(jī)器人保有量為124萬臺，同比增長7.1%，按年銷量增長9%，機(jī)器人平均使用壽命10年估算，2015年世界機(jī)器人保有量能達(dá)到150萬臺，2020年保有量將超過250萬臺。

工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流等諸多領(lǐng)域。目前工業(yè)機(jī)器人下游主要集中在電子(19%)、汽車制造(18%)及零部件(12%)行業(yè)。

圖3 全球工業(yè)機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用分布比例

“四大家族”的成功之道

瑞典ABB

ABB集團(tuán)系全球500強(qiáng)企業(yè)，集團(tuán)總部位于瑞士蘇黎世。ABB由兩個國際性企業(yè)瑞典的阿西亞公司（ASEA）和瑞士的布朗勃法瑞公司（BBC Brown Boveri）在1988年合并而成。ABB是電力和自動化技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，致力于為工業(yè)、能源、電力、交通和建筑行業(yè)客戶提供解決方案，業(yè)務(wù)遍布全球100多個國家，擁有15萬名員工，2013年銷售收入約為420億美元。ABB同時也是全球領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商，提供機(jī)器人產(chǎn)品、模塊化制造單元及服務(wù)，截至2013年，在世界范圍內(nèi)安裝了超過20萬臺機(jī)器人。

ABB主營業(yè)務(wù)有五項(xiàng)，分別是電力產(chǎn)品、電力系統(tǒng)、低壓產(chǎn)品、離散自動化與運(yùn)動控制以及過程自動化。由于看好中國廣闊的市場， ABB進(jìn)入中國市場已經(jīng)一百多年，最近二十多年在中國共投資18億美元，取得了相當(dāng)大的發(fā)展。2013年其在華銷售收入達(dá)56億美元，占其全球銷售收入420億美元的13.4%。中國已成為ABB全球第二大市場，目前其業(yè)務(wù)范圍已經(jīng)擴(kuò)展到中國近60個大中城市。此外，ABB在中國還擁有東莞市力生機(jī)械設(shè)備有限公司等多個戰(zhàn)略合作伙伴。伴隨著中國國產(chǎn)化進(jìn)程的不斷加快，其機(jī)器人本體在中國的質(zhì)量有下降趨勢。但在機(jī)器人眾巨頭中，ABB最為突出的優(yōu)勢是集團(tuán)優(yōu)勢，擁有強(qiáng)大的系統(tǒng)集成能力。ABB可以憑借在電氣、自動化和系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢提供完整的解決方案。同時，遍布全球的銷售和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為ABB帶來了更多的潛在客戶。

日本發(fā)那科

發(fā)那科FANUC是專門研究數(shù)控系統(tǒng)的公司，產(chǎn)品占據(jù)了全球70%的市場份額。也是當(dāng)今世界上數(shù)控系統(tǒng)科研、設(shè)計、制造、銷售實(shí)力最強(qiáng)大的企業(yè)，總?cè)藬?shù)4549人。發(fā)那科2013年集團(tuán)整體業(yè)務(wù)收入達(dá)到53億美元，其2013年公開財務(wù)數(shù)據(jù)顯示，凈利潤率超過20%，是其他凈利率只有2%-3%的機(jī)器人企業(yè)的10倍左右。發(fā)那科凈利率比較高的原因主要有兩個：一是發(fā)那科機(jī)器人的伺服系統(tǒng)和控制系統(tǒng)自制，且可以享受與機(jī)床業(yè)務(wù)零部件協(xié)同帶來的規(guī)模效應(yīng);二是發(fā)那科還有大量的高毛利率的軟件業(yè)務(wù)，比如機(jī)床CNC系統(tǒng)。

發(fā)那科機(jī)器人主要應(yīng)用在裝配、搬運(yùn)、焊接、鑄造、噴涂、碼垛等生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在中國的市場占有率為23%。2013年，發(fā)那科裝機(jī)量突破33萬臺。

日本安川

安川電機(jī)FANUYASKAWA（安川株式會社）是日本最大的工業(yè)用機(jī)器人公司，研發(fā)、制造伺服電機(jī)、變頻器、工業(yè)開關(guān)等機(jī)器人重要部件，同時也生產(chǎn)機(jī)器人，是日本第一家做伺服電機(jī)的公司。安川創(chuàng)立于1915年，總公司在福岡縣的北九州市。業(yè)務(wù)領(lǐng)域與產(chǎn)品包括運(yùn)動控制、機(jī)器人自動化、系統(tǒng)工程，處于全球領(lǐng)先地位。在日本，安川伺服多年來占據(jù)了最大的市場份額。2013年，安川的最大銷售市場是日本，占安川總銷量的41%。其次是占19%市場份額的中國。

安川是典型的綜合型機(jī)器人企業(yè)，擁有包括上游零部件生產(chǎn)的運(yùn)動控制部門在內(nèi)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上的各主要部門。其生產(chǎn)的Motoman工業(yè)機(jī)器人是世界上使用最廣泛的工業(yè)機(jī)器人之一;運(yùn)動控制部提供各式運(yùn)動控制、驅(qū)動裝置等，以實(shí)現(xiàn)高效率與高生產(chǎn)力的生產(chǎn)系統(tǒng);系統(tǒng)工程為不同類型的工廠提供合適的機(jī)器人外圍設(shè)備構(gòu)建，使得安川電機(jī)各個業(yè)務(wù)相互配合緊密。近兩年，安川正不斷整合內(nèi)部資源，主要投入運(yùn)動控制和機(jī)器人本部。

德國庫卡

庫卡（KUKA）柔性系統(tǒng)制造有限公司，原名為KUKA焊接設(shè)備有限公司，是為汽車制造、航天、能源及工業(yè)領(lǐng)域提供柔性自動化系統(tǒng)設(shè)備的公司。如今，庫卡（KUKA）柔性系統(tǒng)制造有限公司和KUKA機(jī)器人有限公司附屬于位于德國奧格斯堡的KUKA股份集團(tuán)公司。庫卡是“最純粹”的機(jī)器人公司，也是世界領(lǐng)先的機(jī)器人制造商之一。在2007年進(jìn)行了業(yè)務(wù)重組后，庫卡的業(yè)務(wù)部分為機(jī)器人部和系統(tǒng)集成部。2007年庫卡開發(fā)出了當(dāng)時最強(qiáng)大的工業(yè)機(jī)器人“Titan”。

庫卡機(jī)器人的優(yōu)勢主要集中在汽車行業(yè)，核心客戶包括戴姆勒、大眾、寶馬、通用汽車、克萊斯勒、福特及奔馳等汽車生產(chǎn)商，同時也應(yīng)用于空中客車、博西家用電器等其他領(lǐng)域客戶。

“四大家族”對比分析

表1 工業(yè)機(jī)器人四大家族比較

2013年，縱觀ABB、發(fā)那科、安川、庫卡這四大家族的機(jī)器人發(fā)展歷程，ABB和安川電機(jī)最早從事電力電機(jī)設(shè)備，發(fā)那科從事數(shù)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)，庫卡專注于焊接設(shè)備生產(chǎn)，在逐漸掌握了機(jī)器人本體和核心零部件的生產(chǎn)技術(shù)后，成為機(jī)器人巨頭。

圖4 四大家族銷售收入

圖5 四大家族收入增速對比

圖6 四大家族息稅前利潤

圖7 四大家族息稅前利潤增速對比

四大家族側(cè)重點(diǎn)不同凈利水平各異。ABB是電力電機(jī)設(shè)備巨頭，機(jī)器人業(yè)務(wù)僅占很小的比重，不到5%，其他三家的機(jī)器人比重相對較高。四家公司凈利潤差距也較大，由于在數(shù)控領(lǐng)域的絕對霸主地位，2013年發(fā)那科的凈利潤率達(dá)到了極高的24.5%，ABB在電力方面的領(lǐng)先地位也讓它的凈利潤率也達(dá)到了15%，而機(jī)器人業(yè)務(wù)比重較大的庫卡和安川的凈利潤率則分別只有3.3%，4.7%。

就價格而言,四大家族的機(jī)器人產(chǎn)品也各有特點(diǎn)。庫卡機(jī)器人廣泛應(yīng)用在汽車生產(chǎn)線上，價格適中。而ABB機(jī)器人的售價在四大家族中是最高的，安川的Motorman系列機(jī)器人價格相對低。

從銷售收入來看，ABB的規(guī)模最大，2013年的銷售收入就達(dá)到450億美元。但就增速而言，安川增長的較快，2013年銷售收入同比增長20%，而發(fā)那科的銷售額增長為負(fù)數(shù)。

從利潤及增長率來看，ABB利潤最大，其次是發(fā)那科。就增速而言，庫卡的增長較為穩(wěn)定，而安川的增速波動較大，彈性也較大。

IFR對裝備制造業(yè)增長的驅(qū)動力總結(jié)為：

1.新材料技術(shù)的應(yīng)用和能源使用效率的提高。例如，碳素材料的推廣，需要更先進(jìn)的機(jī)器人。

2.全球范圍內(nèi)的競爭要求，各國須在質(zhì)量和生產(chǎn)率上面脫穎而出。

3.為了減少生命周期對產(chǎn)品的影響，提供更多樣化的產(chǎn)品線，這需要更加靈活可調(diào)整的自動化裝備。

4.機(jī)器人作業(yè)質(zhì)量的提高，使他們可以承擔(dān)更多對人類而言繁重、危險、惡劣，甚至是人力無法完成的工作。

5.人類消費(fèi)欲望的增長需要不斷擴(kuò)展生產(chǎn)能力。

6.技術(shù)進(jìn)步使得中小型機(jī)器人的使用成為可能。

7.產(chǎn)品質(zhì)量的要求更高，需要更加精密的生產(chǎn)者。

工業(yè)機(jī)器人未來將關(guān)注人機(jī)協(xié)作

2010-2013年以來，汽車工業(yè)在機(jī)器人裝備上的投資額持續(xù)且顯著地增長，年均增長率達(dá)到22%。中國、德國和美國是貢獻(xiàn)最大的三個主要的國家。2014年汽車工業(yè)對機(jī)器人裝備的訂單量繼續(xù)保持高水平。

一般來說，汽車工業(yè)的投資是具有周期性的。然而，自從2010年開始，汽車工業(yè)的投資一直保持持續(xù)增長，并沒有體現(xiàn)出明顯的周期效應(yīng)。正如IFR主席Dr.Stefan Markus Baginski所說,BMW這樣的領(lǐng)先汽車制造商一直致力于在汽車制造里應(yīng)用更多的機(jī)器人。而汽車機(jī)器人中的PLCs（程序邏輯控制系統(tǒng)）和機(jī)器人控制器的能力尚未達(dá)到技術(shù)潛能的極限。Baginski認(rèn)為：“機(jī)器人在汽車制造業(yè)等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用對從業(yè)人員提出了很多新要求，他們需要學(xué)習(xí)編程、使用機(jī)器人。這需要他們擁有更多的相關(guān)知識，因?yàn)槊總€機(jī)器人供應(yīng)商都有自己的編程語言?！彼吹搅嗽O(shè)計一種開源的PLC標(biāo)準(zhǔn)語言是多么重要。另外，先進(jìn)的人機(jī)協(xié)同系統(tǒng)可以使人類與機(jī)器人之間直接互動，這些技術(shù)目前還只是處于初級階段。在汽車領(lǐng)域的實(shí)踐將為機(jī)器人廠商提供更多的經(jīng)驗(yàn)。

高性能電池需求增加的原因主要是由于電動車的普及，以及用于緩沖可再生能源電網(wǎng)波動的電力儲存基站的應(yīng)用需求。這類電池與一般消費(fèi)用電池相比更為復(fù)雜，高精度、高生產(chǎn)率以及高質(zhì)量等產(chǎn)品特征更適合于工業(yè)機(jī)器人來進(jìn)行生產(chǎn)。對于電動車行業(yè)來說，關(guān)于使用電池更換站模式來取代充電站模式來解決能源問題的爭論由來已久，這正是制造電池機(jī)器人的新機(jī)遇。

電子產(chǎn)品工業(yè)的工業(yè)機(jī)器人投資增長體現(xiàn)為增加自動化程度和重新安排生產(chǎn)過程。未來其他工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器人訂單增長也有相同的特征，特別是在橡膠和塑料工業(yè)、制藥行業(yè)、食品和零食行業(yè)、機(jī)械制造和金屬冶煉業(yè)。

更易使用（Easy to use）、更易裝卸（Easy to integrate）將會開啟一個廣泛的客戶需求空間和機(jī)器人新應(yīng)用方式。一個主要的例子就是機(jī)器人子類中的“人機(jī)協(xié)作（humanmachine-collaboration）”模式，指的是人類工人與機(jī)器人在同一個工廠或者非生產(chǎn)部門里面共處，它會增加擬人機(jī)器（如聲音、動作、外貌）對模塊化一些易用裝卸的電子元件的要求。這使得非專業(yè)人士根據(jù)一些流程去編程或者拆卸機(jī)器人。然而，廣泛應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)是安全性，因?yàn)闄C(jī)器人是沒有防護(hù)地近距離接觸人類的。一些有視覺導(dǎo)向集成和傳感器集成模塊的輕量級機(jī)器人（Lightweight robot）是一個可以應(yīng)用并且可以持續(xù)改進(jìn)的新分支。ISO組織正在有助于人機(jī)協(xié)作工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)專門化上進(jìn)行努力，旨在滿足更加可靠、更加安全的工業(yè)需求。對人機(jī)協(xié)同領(lǐng)域的突破尚在起步階段。

趙巧敏 廣州廣證恒生證券投資咨詢有限公司高級分析師